Карданный шарнир и способ его сборки

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 1781 СПУБЛИК 6 1)5 Р 16 ЕТЕ ИСАНИЕ И видчик,603/26,ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР(57) Использование: в трансмиссиях транспортных средств, а также в приводах с высокими динамическими нагрузками,Карданный шарнир содержит две вилки свыступами, в которых выполнены соосныесквозные отверстия. В отверстиях выступоввилок посредством подшипников с игольчаИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано при ремонте, изготовлении и конструировании асинхронных карданных шарниров транспортных средств.Долговечность асинхронных карданных шарниров в значительной степени определяется величинами максимальных контактных напряжений на рабочих поверхностях цапф крестовины. Последние существенно зависят от закона распределения нагрузки по длине игольчатых роликов карданных подшипников, который определяется величиной радиального зазора в карданных подшипниках, упругими характеристиками вилок шарнира и его компоновкой, т,е. отнотыми роликами установлена цапфами крестовина высотой Н, Подшипники закреплены посредством узла фИксации. Для повышения долговечности между торцами цапф крестовины и донышками подшипников установлены антифрикционные прокладки. Карданный шарнир снабжен компенсирующими прокладками с высотой Ь для совмещения середины длин роликов с . нейтральными осями вилок. При этом Нк = Но + 1 р - 2 д, Ь = 1/2(Но + 1-р + 2 ь - Нв), где Но - расстояние между нейтральными осями выступов вилок;р - длина игольча. тых роликов;д-толщина антифрикционной прокладки; Ь - толщина донышка подшипника, Нв - высота вилки по оси отверстий выступов. 1 н,п.ф-лы, 1 ил,сительным расположением вилки, кардан- СО ных подшипников и крестовины. Конструк- д ция асинхронного карданного шарнира фь может считаться качественной, если упру- с гие характеристики вилки и компоновка ( О шарнира обеспечивают получение равномерного закона распределения нагрузки по длине игольчатых роликов, по крайней мере, ф при номинальной нагруженности шарнира.Известен асинхронный карданный шарнир, содержащий две вилки с выступами. в которых выполнены соосные сквозные отверстия, подшипники с игольчатыми роликами, установленные в отверстиях выступов вилок, крестовину с двумя парами сооскых цапф, оси которых пересекаются- под прямым углом, причем каждая пара цапф раз- мальнце контактные напряжения и долгомещена в подшипниках одной из вилок и вечность шарнира увеличивается, Однако узел фиксации подшипников. Способсбор- известный способ сборки асинхронного ки известного шарнира заключается в изме- карданного шарнира не может быть приме.нении его компоновки, при этом оси 5 нен к серийным шарнирам с использованиотверстийподкарданныеподшипникиввы- ем базовых деталей, без изменения их ступах вилки перед сборкой смещают отно- Формы. Следовательно, недостатком извесительно осей вилок в плоскости стного способа является его технологичекрестовинц на величину, равную половине ская ограниченность при повышении радиального зазора., 10 долговечности существующих карданнцхИзвестный карданйый шарнир и способ шарниров.его сборки обеспечивают, благодаря сме-Известен карданный шарнир, содержащению отверстий подподшипники, предва- щий две вилки с выступами, в которых вырительный выбор радиальйых зазоров в полнены соосные сквозные отверстия,- карданных подшипниках на нагруженной 15 подшипники с игольчатыми роликами, устастороненовленные в отверстиях выступов вилок,Известен асинхронный карданный шар- крестовину с двумя парами соосных цапф,нир, в котором рабочие поверхности цапф оси которых пересекаются под прямым угкрестовины выполнены конусными, Извест- лом, причем каждая пара цапф размещена ный шарнир, благодаря выполнению цапф с 20 в подшипниках одной из вилок, узел фиксаконусностью, обеспечивает уменьшение от-, ции подшипников, Известен способ сборки рицательного влияния радиального зазора карданного шарнира, включающийустановна закон распределения нагрузки по длине ку в отверстиях выступов вилок цапф креигольчатых роликов при реверсивной внеш- стовинц и подшипников с последующей ней нагрузке. Однако в конструкции шарни осевой Фиксацией последних. Однако извера не учтено влияниеупругиххарактеристик стные карданный шарнир и способ его сбор- вилки на закон распределения нагрузки по ки не обеспечивают получение длине игольчатых роликов. Это снижает равномерного закона распределения на"долговечность конструкции шарнира, грузки по длине игольчатых роликов, котоИзвестен способ сборки карданного 30 рый определяется относительнымшарнйра, заключающийся в изменении расположением вилки, карданных подшипформы деталей и компоновки шарнира пу- ников и крестовины. Следовательно, недотем выполнения сечений выступов вилок в статком известных карданного шарнира и плоскости крестовины в виде трапеций, об- способа его сборки является невысокая долращенных большими основаниями к центру 35 говечность шарнира.шарнира, а карданныеигольчатые подшип- Цель изобретения - повышение долго- ники располагают таким образом, что рас- вечности путем выравнивания нагрузки по стояние между серединами длин длине игольчатых роликов подшипников игольчатых роликов соосных подшипников для каждой вилки при воздействии на неебольше или равно расстоянию между меди крутящего момента в плоскости крестовианами указанных сечений выступов вилок. ны.. Способ, благодаря выполнению высту- На чертеже показан общий вид шарнипов вилок в виде трапеции, обеспечивает ра: а) до сборки; б) после сборкис использоперемещение медианы сечений выступов ванием тех же карданных игольчатых вилок к оси шарнира, а изменение компо подшипников; в) после сборки конструкции новки шарнира путем совмещения расстоя- с использованием карданных игольчатых ний между серединами длин игольчатых подшипников с большей длиной игольчатых роликов соосных карданных подшипников с роликов.расстоянием между медианами упомянутых Карданный шарнир содержит вилки 1 и сечений выступов вилок обеспечивает сов 2 с выступами 3 и 4, в сооснцх отверстиях 5 .падение направлений закручивающего мо- и 6 которых размещены цапфы 7 крестовимента, приложенного к выступам вилок и ны 8 и карданные игольчатые подшипники внешнего нагружающего момента, прило, выполненные в виде стакана с донышком женного к крестовине, что обеспечивает по и игольчатых роликов 11. Между донышвброт крестовины и упругое закручивание 55 камистаканов 10 иторцевыми поверхностявыступоввилокводном направлении, Этим ми цапф 7 крестовины 8 установлены обеспечивается компенсирование радиаль- антифрикционные прокладки 12. Между ных перекосов в карданных подшипниках и крышками 13 осевой фиксации подшипнивыравнивание радиальной нагрузки по дли- ков 9 и вилками 1 и 2 установлены компенне игольчатых роликов, Снижаются макси- сирующие прокладки 14.Определяют при номинальной нагрузке экспериментальным или расчетным путем расстояние Но между нейтральными-осями выступов 3 и 4 вилки 1 в плоскости крестовины 8, Как правило в серийном шарнире 5 (фиг.1 а) Нв 1 Но, т.е. расстояние Нп между плоскостями середин длин игольчатых роликов 11 соосных подшипников 9 меньше расстояния Но между нейтральными осями выступов 3 и 4 вилки в плоскости крестови ны 8 (расстояние между плоскостями приложения равнодействующих радиальной нагрузки). Это приводит к образованию момента Ми (не показан), закручивающего выступы вилок и направленного в сторону,15 противоположную действию внешнего крутящего момента М, что увеличивает радиальный перекос в карданных подшипниках и увеличивает неравномерность распределения радиальной нагрузки по длине иголь чатых роликов 11, т.е. конструкция шарнира имеет низкое качество.Для повышения долговечности конструкции шарнира карданные игольчатые подшипники 9 перемещают вдоль осей. 25 цапф 7 до совмещения плоскостей, разделяющих игольчатые ролики 11 по длине на две равные части с нейтральными осями выступов 3 и 4 вилок 1 и 2 (фиг,1 б,в), т.е, до соблюдения условия: 30Нв Нопри этом вышеупомянутые закручивающие моменты Ми изменяют свой знак, т.е. направление закручивания выступов вилок совпадает с направлением приложенного внешнего крутящего момента. Радиальный перекос исчезает. Нагруженность по длине игольчатых роликов выравнивается, снижаются максимальные контактные напряжения, долговечность шарнира увеличивается.При этом расстояние между донышками 10 соосных карданных подшипников 9 равноН-Н.+р,где Н 1 - расстояние между донышками соосных карданных подшипников;Но - расстояние между нейтральными осями выступов вилок в плоскости крестовины;.р - длина игольчатых роликов.Высота крестовины определена по формулеНк=Нд,где Нк - высота крестовины, т.е. расстояниемежду торцами соосных цапф;д - толщина антифрикционной прокладки 12 между торчем цапфы крестовины и донышком подшипника. 354045 5055 Между крышкой 13 для осевой фиксации подшипников 9 и выступами 3 и 4 вилок1 и 2 устанавливают компенсирующие прокладКи 14, высота которых определяется поформуле:Ь -- (Но.р+ 2 Ь Нв),1где и - высота компенсирующей прокладки;Ь - толщина донышка подшипника;Нв - высота вилки,При сборке конструкции могут использоваться карданны 6 игольчатые подшипники с большей длиной игольчатых роликов(фиг.1,в), это обеспечивает увеличение габарита шарнирного соединения.Преимуществами карданного шарнираи способа его сборки является сохранениебазовых деталей (вилок) при повышениидолговечности конструкции шарнира.Пример конкретного выполнения.В качестве базового выбран карданныйвал 500-2201010-14 СБ, в котором используются карданные игольчатые подшипники704807. Рассматриваем шарнирное соединение приварной вилки 500-2201022 А. Основные параметры базового шарнира=0,004 м; Нв = 0,135 м. Расстояние междунейтральными осями выступов приварнойвилки 500-.2201022 А определено экспериментально и равно. Но = 0,117 м. У базовогошарнирного соединейия Нв = Н -р ="0,109 м, т,е. имеем НаНо, что обеспечивает неблагоприятное распределение нагрузки по. длине игольчатых роликов ирабочей поверхнОсти цапф крестовины,Рассмотрим два варианта сборки конструкции этого шарнира.1) .Проведем совмещение плоскостей,разделяющих игольчатые ролики по длинена две равных части (Нв 1) с плоскостями нейтральныхх осей (Но) с использованием тех жекарданных подшипников 704807 и увеличением расстояния между донышками соосных карданных подшипников Нь при этом(фиг.1 б):р 1 = 0,018 м; Н в = 0,135 м; Ь = 0,004м. Требуемое расстояние между торцами соосных цапф крестовины;Н 1= Но+ 1-р 1=0,117+ 0,018 = 0,135 м.Высота крестовины:Нк= Нд=0,135-2 0,001 =0,133 м.Толщина антифрикционной прокладки д==0,001 м. Высота компенсирующей прокладки под стопорные пластины:1Ь 1 = -(Но+1.р 1+2 Ь 1- Нв) =21Габарит шарнира при этом увеличивается в повышения долговечности путем выравни 1,05 раза. вания нагрузки по длине игольчатых роли 2) Проведем совмещение плоскостей ков подшипников для каждой вилки приН и Но с использованием подшипника воздействии на нее крутящего момента в804707 иувеличениемрасстояниямеждудо плоскости крестовины, он снабжен антинышками соосных карданных подшипников фрикционными прокладками, установленН(фиг.1 в), при этом имеем; 3.Р 2-0,024 м; ными между торцами цапф крестовины иН,135 м; Ьз,004 м,Требуемое рассто- донышками подшипников, и компенсируюяние между донышками соосных карданных щими прокладками с высотой Ь для совмеподшипников 10 щения середины длин роликов сН - Но+ 1.р 2-0,117+0,024" 0,141 м. нейтральными осями вилок, причем.Высота крестовины Ь(Ня+ Ц,+2 Ь- Нв), Нк-Но+ рАНк" 0,139 м.:: 2 ЯТолщина антифрикционной прокладки д где Но - расстояние между нейтральными-0,001 м. Высота компенсирующей про осями выступоввилок;кладки под стопорные пластины 1.Р - длина игольчатых роликов;1 Ь - толщина донышка подшипника;. Ьз - - (0,117+ 0,024+ 2 0,004 - 0,135) Н;, - высота вилки по оси отверстий вы.-0,007 м,ступов,Габарит шарнира при этом увеличивается в 20 г Нк - высота крестовины;0,115, 0,024 , . д- толщина антифрикционной про 0,109 0,018ркладки,Использовэние изобретения позволяет 2, Способ сборки карданного шарнира,при сохранении базовых деталей (вилок) включающийустановкувотверстиях выступровести повышение долговечности конст пов вилок цапф крестовины и подшипниковрукции асинхронного карданного шарнира, с последующей осевой фиксацией последт.е. конструктивнообеспечить равномерное них, отл и ч а ю щи й с я тем, что, с цельюраспределение нагрузки по.длйне игольча- повышения долговечности путем выравнитых роликов путем учета упругих характери- вания нагрузки по длине игольчатых ролистикбазовыхдеталей(вилок) 30 ков подшипников для каждой вилки приФормула изобретениявоздействии нэ нее крутящего момента в1. Карданный шарнир, содержащий двеплоскости крестовины, предварительно опвилки с выступами, в которых выполненыределяют расстояние между нейтральнымисоосныесквозныеотверстия,подшипникис осями выступов вилок, а после установкиЙгольчэтыми роликами, установленные в от цэпф крестовины и подшипников в отверверстиях выступов вилок, крестовину с дву- стиях выступов вилок подшипники перемемя парами соосныхцапф, оси которых щают вдоль осей цапф до совмещенияпересекаются под прямым углом,. причем середины длины каждого игольчатого роликэждая пара цапф размещена в подшипни- ка с нейтральными осями выступов и фиксиках одной из вилок, узел фиксации йодшип руют в такыр положении посредствомников,отличающийсятем,что сцелью прокладок.1781478 орректор О.Кравц Реда кт Заказ 4265 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составител Техред М,М Черн нтал